传感器技术实用教程教学配套课件 吕勇军 第6章磁场与成分参数测量传感器.pdfVIP

实用传感器技术教程 1 2013-6-17 第6章磁场与成分参数测量传感器 1.2 6.1 磁敏电阻传感器 1.2 6.2 集成磁场传感器 6.3 磁敏二极管和磁敏三极管 6.4 气敏传感器 6.4 湿敏传感器 2 磁场以及成分参数的测量在日常生活以及工业 中占据重要的地位。磁场的测量主要是磁场强 度以及磁场方向的测量，成分参数测量主要是 指气体参数与湿度参数的测量。 在本章中，磁场主要是通过磁敏电阻器、集成 磁场传感器、磁敏二极管和磁敏三极管进行测 量的，而气体参数和湿度参数是通过气敏传感 器和湿敏传感器进行测量的。 3 6.1 磁敏电阻传感器 磁敏式传感器按其结构可分为体型和结型两大 类，前者有霍尔传感器（其材料主要有InSb， InAs，Ge，Si，GaAs等）和磁敏电阻 （1nSb，InAs ），后者有磁敏二极管（Ge， Si ）、磁敏晶体管（Si等）。 它们都是利用半导体材料中的自由电子或空穴 随磁场改变其运动方向这一特性而制成的一种 磁敏传感器。 4 6.1.1 磁敏传感器原理与结构 磁敏电阻器是基于磁阻效应的磁敏元件。 当长方形半导体片受到与电流方向垂直的磁场 作用时，不但产生霍尔效应，而且还会出现电 流密度下降、电阻率增大的现象。若适当地选 几何尺寸，还会出现电阻值增大的现象。前一 种现象称为物理磁阻效应，后一种现象称为几 何磁阻效应。半导体磁阻器件就是综合利用这 样两种效应而制成的磁敏器件。 5 6.1.1 磁敏传感器原理与结构 1.磁阻效应  磁阻效应是指将一载流导体置于外磁场中，其电阻率会发生变化 （增大），它是伴随霍尔效应同时发生的一种物理效应。  当温度恒定时，在弱磁场范围内，磁阻与磁感应强度B的平方成 正比。如果器件只有在电子参与导电的简单情况下，理论推导出 来的磁阻效应方程为 2 2   10.273 B B 0   6 6.1.1 磁敏传感器原理与结构 1.磁阻效应     当电阻率变化为 B 0 时，则电阻率的相对变化率为  2 2 2 0.273 B k B   0  半导体中仅存在一种载流子时，磁阻效应很弱。若同时存在两种 载流子，则磁阻效应很强，此时  2  p n  B   P B